核電站全揮發(fā)處理

1、壓水堆核電站給水全揮發(fā)處理PWR二回路介紹二回路（如圖）設(shè)備主要包括：蒸汽發(fā)生器二次側(cè)、汽輪機(jī)、汽水分離再熱器、給水加熱器、除氧器、凝汽器及二回路水汽管道等；蒸汽發(fā)生器是連接一回路、二回路的樞紐(SG既屬于一回路也屬于二回路)，是反應(yīng)堆熱量傳輸、給水蒸發(fā)及產(chǎn)生高溫蒸汽的關(guān)鍵設(shè)備；PWR二回路的問題 在SG二次側(cè)因?yàn)檎舭l(fā)濃縮及支撐板等處腐蝕產(chǎn)物與淤渣堆積，在滯流區(qū)、縫隙區(qū)局部存在雜質(zhì)的蒸發(fā)濃縮(10-100倍)和局部過熱濃縮(104-108倍）現(xiàn)象，誘發(fā)各種類型的腐蝕，如局部耗蝕、凹陷、點(diǎn)蝕、微震磨損、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂等； SG二次側(cè)的U形傳熱管，是二回路中最薄弱的部分，U形管因腐蝕而破裂

2、會(huì)使一回路水進(jìn)入二回路(導(dǎo)致放射性擴(kuò)散)； 二回路系統(tǒng)的設(shè)備受到腐蝕，大量的腐蝕產(chǎn)物將會(huì)隨著給水進(jìn)入到蒸汽發(fā)生器，使得蒸汽發(fā)生器內(nèi)腐蝕沉積物增加，腐蝕性環(huán)境形成，加速腐蝕的發(fā)生，引起泄漏及停堆檢修故障，威脅核電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。壓水堆二回路水化學(xué)調(diào)控目的 保證壓水堆核電站二回路水汽系統(tǒng)中金屬表面氧化物致密性與完整性，降低金屬腐蝕速度，減少凝結(jié)水、給水系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物向蒸汽發(fā)生器遷移量。壓水堆二回路水化學(xué)控制方法 SG補(bǔ)給水的高品質(zhì)是消除二回路材質(zhì)腐蝕的基本要求; Na+、SO42-的濃縮及縫隙中高酸性條件會(huì)導(dǎo)致U形管傳熱管產(chǎn)生晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕破裂; Cl-的濃縮會(huì)導(dǎo)致U形管和碳鋼支撐板產(chǎn)生點(diǎn)蝕

3、，支撐板孔隙被腐蝕氧化物堵塞時(shí)，引發(fā)U形管產(chǎn)生凹陷; O2的存在加劇了點(diǎn)蝕和凹陷過程，同時(shí)O2也是鎳基合金應(yīng)力腐蝕破裂加速的原因之一; 鐵、銅及其氧化會(huì)加速二回路系統(tǒng)的腐蝕; 因此，需要嚴(yán)格控制SG補(bǔ)給水雜質(zhì)含量。壓水堆二回路水化學(xué)控制方法控制水的氧化還原電位（ORP）高品質(zhì)SG補(bǔ)給水并不能達(dá)到防止二回路金屬腐蝕的目的，因?yàn)榻饘俚母g速度決定于水的氧化還原電位。氧化還原電位取決于水中的溶解氧濃度和pH。二回路全揮發(fā)處理 二回路水化學(xué)工況就是加入堿化劑和除氧劑，調(diào)節(jié)水的pH值和氧化還原電位，達(dá)到減輕或防止金屬腐蝕的目的。 全揮發(fā)處理 除給水溶氧并提高給水的pH值采用向給水中投加揮發(fā)性的堿-氨、加

4、入聯(lián)氨作為還原劑除氧的處理方法，稱為全揮發(fā)性處理，簡稱為AVT。 pH:給水pH值控制在9.0-9.6之間 溶解氧：給水含氧量0.005 mg/kg，且越低越好全揮發(fā)處理原理 AV T 處理時(shí) ,在純水中與水接觸的金屬表面覆蓋的鐵氧化物層主要是 Fe3O4。在Fe3O4層形成過程中,由金屬表面逐步向金屬內(nèi)部氧化生成了比較緊密而薄的內(nèi)伸 Fe3O4層 , Fe3O4 層從鋼的原始表面向內(nèi)部深入。Fe3O4層呈微孔狀 (1%15%孔隙)。溝槽將孔連接起來,從而使水瞬時(shí)進(jìn)入到鋼表面。同時(shí)有一部分二價(jià)鐵離子從鐵素體顆粒中擴(kuò)散進(jìn)入水相,生成多孔的,附著性較差的 Fe3O4顆粒,沉積在較緊密的 Fe3O4

5、內(nèi)伸層上,形成傳熱性也較差的外延層。該膜在高溫純水中具有一定的溶解性。全揮發(fā)處理原理在AVT(R)處理工況反應(yīng)機(jī)理及氧化層的結(jié)垢 ,如下反應(yīng),氧化膜的內(nèi)伸層反應(yīng)機(jī)理:3Fe+4H2O=Fe3O4+8H+8e-氧化膜的外伸層生成反應(yīng)機(jī)理:Fe+2H2O=Fe2+2OH-+ 8H2(1)Fe2+2OH-=Fe(OH)2(2)3Fe(OH)2=Fe3O4+2H2O+H2(3)全揮發(fā)處理pH值控制采取還原性全揮發(fā)處理(AVT)方式.pH值除與加堿量有關(guān)外，還與揮發(fā)性堿在蒸汽發(fā)生器內(nèi)水的溫度下的揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性有關(guān)。要保證汽側(cè)疏水管道內(nèi)水的pH值達(dá)到9.2，其氨含量要達(dá)到0.5 mg/L才符合要求。蒸汽

6、氨含量要達(dá)到5.0 mg/L，即凝汽器出口加入的氨含量要達(dá)到5.0mg/L，對(duì)應(yīng)的給水pH值應(yīng)為9.8。全揮發(fā)處理pH值控制加氨點(diǎn)的位置有以下兩種情況： 機(jī)組啟動(dòng)初期，在凝結(jié)水精處理后的凝結(jié)水升壓泵的出口以及除氧器下降管上加氨，因此時(shí)有一部分的補(bǔ)水從輔助給水系統(tǒng)加入到除氧器來。 正常運(yùn)行時(shí)只在凝結(jié)水升壓泵的出口加氨即可?？刂萍铀幜靠刂品椒ǎ?設(shè)定與進(jìn)水流量成比例控制； pH值信號(hào)控制； 總電導(dǎo)率信號(hào)控制。其中較為可靠的方式是總電導(dǎo)率信號(hào)自動(dòng)控制氨的加藥量。全揮發(fā)處理溶解氧控制 AVT處理時(shí)，消除溶解氧可以通過機(jī)械除氧和化學(xué)除氧來實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械除氧通過凝汽器和除氧器來實(shí)現(xiàn)，一般通過除氧器系統(tǒng)后可以

7、使水中的溶解氧濃度下降到0.002-0.01mg/kg。 除氧器系統(tǒng)后水中的殘留氧，通過化學(xué)除氧的手段來實(shí)現(xiàn)。除氧劑一般為聯(lián)氨(N2H4)。聯(lián)氨的最少投加劑量為0.020mg/kg，或者是溶解氧含量的3倍，一般取二者中的較大值。 殘余的聯(lián)氨會(huì)在以后的回路中熱降解成氨。 聯(lián)氨加藥的最佳位置在除氧器出口。AVT處理存在的問題 腐蝕問題： 流動(dòng)加速腐蝕（FAC）：全揮發(fā)處理表面形成的多孔疏松Fe3O4。外延層附著力差、溶解度較高、不耐沖刷，在水流的沖擊下撕裂、溶解，以致管道表面無法形成穩(wěn)定的磁性氧化鐵保護(hù)膜，導(dǎo)致金屬材料的流失。 PWR二回路系統(tǒng)中，管道內(nèi)水汽流量大。以大亞灣核電站為例，機(jī)組在額定負(fù)

8、荷下運(yùn)行時(shí)，蒸汽總量達(dá)到1613kg/s。水流對(duì)管道的沖刷作用很強(qiáng)，極易發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕(FAC)。pH值控制困難氨是一種揮發(fā)性堿化劑，使用過程中不存在殘留固體物，可以分布在整個(gè)水汽系統(tǒng)中。但是，氨的汽液分配系數(shù)比較大，如25、150、300時(shí)其分配系數(shù)分別為30、9.55、3.31，這說明氨主要分布在蒸汽中；另外，隨著溫度升高，水的電離常數(shù)增大，而氨的離解常數(shù)減小，高溫下液相氨本來就少且電離度下降，導(dǎo)致SG及二回路水汽液相中pH值低。pH值控制困難 采用AVT水化學(xué)工況時(shí)，核電站二回路系統(tǒng)的汽水分離再熱器的疏水、以及所有含有蒸汽的管線中，其凝結(jié)的水中氨量嚴(yán)重不足，pH值低； MSR疏水及其它

9、加熱器疏水pH值基本處于相應(yīng)溫度下的中性點(diǎn)以下，出現(xiàn)低pH引起的腐蝕現(xiàn)象，尤其是流動(dòng)加速腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，使得水汽系統(tǒng)中鐵含量升高，轉(zhuǎn)移到SG中的鐵腐蝕產(chǎn)物也高。 AVT水工況中出現(xiàn)了一種稱為“凹陷腐蝕”的現(xiàn)象，它是腐蝕產(chǎn)物在支撐管板縫隙內(nèi)堆積，對(duì)傳熱管擠壓(金屬腐蝕變成氧化物后體積增大)，造成了SG管子的凹陷，這種凹陷會(huì)造成支撐板的損壞，甚至使管壁的拉伸應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度以上，可能誘發(fā)一次側(cè)和二次側(cè)應(yīng)力腐蝕。對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的影響 AVT水化學(xué)工況時(shí)，控制給水pH值較高時(shí)，雖然能夠最大限度地減少了FAC的發(fā)生，但凝結(jié)水中氨含量高，使得按H/OH型方式運(yùn)行的凝結(jié)水精處理混床運(yùn)行周期縮短、再生費(fèi)用增

10、加。對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的影響 由于氨對(duì)銅具有較強(qiáng)的腐蝕作用，若采用氨作為 pH 值控制劑，維持較高pH值時(shí)，氨蒸發(fā)進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)，與銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生局部腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致銅設(shè)備在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生泄漏。對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的影響 目前法國的一些核電站的運(yùn)行方式為：機(jī)組初期或凝汽器發(fā)生泄漏時(shí)。水質(zhì)狀況較差，此時(shí)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)投運(yùn)，給水加氨量減少，給水pH值控制在9.2-9.4；當(dāng)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，退出凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，走旁路運(yùn)行，加大給水的加氨量，給水pH值提高到9.8。解決方法 尋找更合理的堿化劑替代氨 嗎啉(MPH)是一種堿性強(qiáng)、分配系數(shù)低(如25、150、300時(shí)分別為0.12、0.78、1.28